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我们提出了一种可扩展的解决方案加工方法，用于制造高质量的石墨烯和石墨烯/1T-MoS2 异质结构薄膜。该过程从合成钾插层石墨 （KC8） 开始，在四氢呋喃 （THF） 中剥离，以产生带负电荷（富电子）石墨烯片的稳定分散体。石墨烯随后转移到水中，形成不含表面活性剂的水分散体，适用于通过真空过滤和冲压形成均匀的石墨烯薄膜。此外，石墨烯与 1T-MoS2 纳米片结合以制备石墨烯/1T-MoS2 块状异质结构薄膜。包括 X 射线衍射 （XRD）、吸收光谱、扫描电子显微镜 （SEM）、透射电子显微镜 （TEM）、拉曼光谱和 X 射线光子发射光谱 （XPS） 在内的综合表征表明，异质结构薄膜表现出增强的光学和电子特性，包括改进的光吸收，这可能导致新型光响应器件。拉曼光谱显示，石墨烯在与 MoS2 相互作用时其结构和电子性质发生了显著变化，表明层状组件之间具有很强的层间耦合和电位电荷转移。石墨烯薄膜对多巴胺 （DA） 的检测灵敏度很高，而石墨烯/1T-MoS2 块状异质结构薄膜在非水电解质中在 5 mV/s 时表现出高达 38.3 Fg-1 的电容值。这些结果突出了这些薄膜在分子传感和储能方面的高级应用的潜力。
创新点
1.本研究首创了一种基于钾插层石墨（KC8）在四氢呋喃中剥离的可扩展溶液加工方法，通过产生带负电荷石墨烯片的稳定分散体，克服了传统制备中易团聚的难题，为大规模生产高质量石墨烯薄膜提供了高效且可控的工艺路径。
2.通过将石墨烯分散体转移至水中形成不含表面活性剂的水基分散体系，该方法不仅简化了后续加工流程，还使得真空过滤和冲压技术能够直接应用于制造均匀薄膜，这一环境友好型策略在提升材料纯度和降低生产成本方面具有显著优势。
3.进一步地，该方法成功整合石墨烯与1T-MoS2纳米片，构建出块状异质结构薄膜，其综合表征揭示出增强的光吸收和电子特性，这种通过层间耦合设计调控材料性能的思路为二维材料功能化开辟了新的研究方向。
对科研工作的启发
1.通过结合X射线衍射、吸收光谱、电子显微镜、拉曼光谱和X射线光子发射光谱等多种表征技术，该研究不仅验证了异质结构薄膜的形貌与组成，更深入揭示了石墨烯与MoS2之间的强层间耦合和电荷转移机制，为探索二维材料界面相互作用提供了多维分析方法论上的重要借鉴。
2.拉曼光谱数据显示石墨烯在与MoS2相互作用时其结构和电子性质发生显著变化，这表明异质结构设计能有效调制材料本征特性，启发科研人员通过组合不同二维材料以实现对光学、电学行为的精准调控。
3.异质结构薄膜所展现的改进光吸收和电子特性，暗示其在光响应器件中的潜在应用，这鼓励未来研究聚焦于开发基于此类薄膜的新型光电探测器或太阳能电池，从而推动纳米光电子学领域的创新进展。
思路延伸
1.该溶液加工方法可扩展至其他二维材料系统，例如通过类似插层和剥离技术制备石墨烯与过渡金属硫族化合物或黑磷的异质结构，以探索更广泛的电子和光学性能调控可能性，并推动多功能复合材料的开发。
2.通过优化合成参数如插层剂浓度、剥离时间和分散介质，可以进一步调控薄膜的厚度、均匀性和界面耦合强度，从而提升其在传感、储能或催化等特定应用中的性能表现，实现材料设计的定制化与精准化。
3.除了已展示的传感和储能应用，这些薄膜的柔性和可调特性使其在柔性电子、催化转化和环境监测等领域具有广阔前景，未来研究可探索将异质结构整合到多功能一体化设备中，以应对能源和信息技术领域的复杂挑战。
生物医学领域的应用
1.石墨烯薄膜对多巴胺的高检测灵敏度使其成为开发高精度生物传感器的理想材料，可用于实时监测神经递质水平，辅助神经系统疾病如帕金森病的早期诊断与治疗过程，提升临床检测的效率和准确性。
2.石墨烯/1T-MoS2异质结构薄膜在非水电解质中表现出高达38.3 Fg-1的电容值，这为生物医学植入式设备如心脏起搏器或神经刺激器提供了高效的微型化储能解决方案，有助于延长设备使用寿命并减少侵入性维护需求。
3.结合其优异的光学和电子特性，这些薄膜还可应用于药物控释系统或组织工程支架，通过外部光或电刺激实现精准治疗，为智能生物医学器件的发展提供材料基础，推动个性化医疗和再生医学的进步。
原文链接
Solution-processed multifunctional graphene and Graphene/MoS2 heterostructure films
Carbon ( IF 11.6 )
Pub Date : 2025-03-10
DOI: 10.1016/j.carbon.2025.120220
George Bepete, Ámbar E. Escobar Colón, Gothamie Ratnayake, Edgar Dimitrov, Vinay Kammarchedu, Andres Fest Carreno, Yu Lei, Kazunori Fujisawa, Nestor Perea-Lopez, Damien Voiry, Aida Ebrahimi, Eric Anglaret, Alain Pénicaud, Carlos Drummond, Mauricio Terrones
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